JP2020136635A

JP2020136635A - 配線基板

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Publication number: JP2020136635A
Application number: JP2019032625A
Authority: JP
Inventors: 中村　聡; Satoshi Nakamura; 中村　　聡; 聖司児玉; Seiji Kodama
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2020-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-26
Also published as: JP7114509B2

Abstract

【課題】使用周波数帯の全域で良好な反射特性を維持しながら、特定の周波数帯域において反射特性を向上する配線基板を提供する。【解決手段】ビルドアップ層の最表層に位置する第１導体層および第１導体層から１層コア基板３１側に位置する第２導体層には、第１の信号用ビアランド１１、第１の接地用ビアランド４１および接地用導体４が含まれている。ビルドアップ層に含まれる他の導体層のうち少なくとも１層には、第２の信号用ビアランド、第２の接地用ビアランド、および信号用ライン１１ｃが含まれている。第１の信号用ビアランドと第１の接地用ビアランドとの間隔をＳＰ０、第１の信号用ビアランドと接地用導体との間隔をＳＰ１、第２の信号用ビアランドと第２の接地用ビアランドとの間隔をＳＰ２とした場合、ＳＰ０、ＳＰ１およびＳＰ２が、ＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足する。【選択図】図２

Description

本発明は、配線基板に関する。

半導体素子やコンデンサなどの電子部品が実装される配線基板として、例えば、特許文献１に記載されるように、絶縁層と導体層とが交互に積層されたビルドアップ構造を有する配線基板が存在する。このようなビルドアップ構造を有する配線基板では、絶縁層に形成されたビアを介して、層間を電気的に接続している。

特開２０００−１８８４７８号公報

本開示に係る配線基板は、コア基板と、コア基板の表面に積層されたビルドアップ層とを備える。ビルドアップ層は、絶縁層と導体層とが交互に積層された構造を有し、絶縁層に形成された信号用ビア導体および接地用ビア導体によって各導体層が電気的に接続されている。ビルドアップ層の最表層に位置する第１導体層および第１導体層から１層コア基板側に位置する第２導体層には、第１の信号用ビアランド、第１の接地用ビアランドおよび接地用導体が含まれている。ビルドアップ層に含まれる他の導体層のうち少なくとも１層には、第２の信号用ビアランド、第２の接地用ビアランド、および信号用ラインが含まれている。第１の信号用ビアランドと第１の接地用ビアランドとの間隔をＳＰ０、第１の信号用ビアランドと接地用導体との間隔をＳＰ１、第２の信号用ビアランドと第２の接地用ビアランドとの間隔をＳＰ２とした場合、ＳＰ０、ＳＰ１およびＳＰ２が、ＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足する。

本開示の一実施形態に係る配線基板を示す説明図である。（Ａ）は、図１に示す領域Ｘの構造の一実施形態を説明した拡大説明図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の矢印Ａ方向から見た場合の表層を示す説明図であり、（Ｃ）は、（Ａ）の矢印Ａ方向から見た場合の内層を透視した説明図である。試料１の配線基板について、１〜４０ＧＨｚの周波数帯域における反射特性を示すグラフである。試料２の配線基板について、１〜４０ＧＨｚの周波数帯域における反射特性を示すグラフである。試料３の配線基板について、１〜４０ＧＨｚの周波数帯域における反射特性を示すグラフである。

従来の配線基板では、高周波信号が配線基板の回路を伝送する際、入力信号の一部が出力側に到達しない現象を生じることがある。その結果、信号内容の伝達が不完全になる。

本開示の配線基板は、上記のように、コア基板と、コア基板の表面に積層されたビルドアップ層とを備える。ビルドアップ層は、絶縁層と導体層とが交互に積層された構造を有し、絶縁層に形成された信号用ビア導体および接地用ビア導体によって各導体層が電気的に接続されている。ビルドアップ層の最表層に位置する第１導体層および第１導体層から１層コア基板側に位置する第２導体層には、第１の信号用ビアランド、第１の接地用ビアランドおよび接地用導体が含まれている。ビルドアップ層に含まれる他の導体層のうち少なくとも１層には、第２の信号用ビアランド、第２の接地用ビアランド、および信号用ラインが含まれている。第１の信号用ビアランドと第１の接地用ビアランドとの間隔をＳＰ０、第１の信号用ビアランドと接地用導体との間隔をＳＰ１、第２の信号用ビアランドと第２の接地用ビアランドとの間隔をＳＰ２とした場合、ＳＰ０、ＳＰ１およびＳＰ２が、ＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足する。その結果、使用周波数帯の全域で良好な反射特性を維持しながら、特定の周波数帯域において反射特性を向上させることができる。

本開示の一実施形態に係る配線基板を、図１および２に基づいて説明する。図１（Ａ）に示すように、一実施形態に係る配線基板１は、半田１３および電子部品２に備えられた電極２１を介して電子部品２と電気的に接続されている。一実施形態に係る配線基板１は、例えば、図２（Ａ）に示すように、絶縁層と導体層とが交互に積層された構造（ビルドアップ層）を有している。図２（Ａ）は、図１に示す領域Ｘの構造（ビルドアップ層）の一実施形態を説明した拡大説明図である。

絶縁層３は、絶縁性を有する素材で形成されていれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。絶縁層３の厚みは特に限定されず、例えば３μｍ以上１００μｍ以下である。それぞれの絶縁層３は同じ厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。

さらに、絶縁層３には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが、分散されていてもよい。必要に応じて、絶縁層３のうちの１層を配線基板１の基体となるコア基板として扱ってもよい。図２（Ａ）において、最下層の絶縁層３はコア基板３１として扱っている。

絶縁層３の表面には、導体層が形成されている。導体層には、信号用ビアランド１１、信号用ライン１１ｃ、接地用ビアランドおよび接地用導体４が含まれる。これらの導体層は、例えば周知のセミアディティブ法により、無電解銅めっき層、および電解銅めっき層を絶縁層の表面に析出させることで形成される。具体的には、次の通りである。まず、絶縁層の表面に無電解銅めっき処理を施す。処理後、乾燥して、めっきレジストでパターンに応じた開口を形成する。パターンを形成しない部分は、めっきレジストでマスクする。次いで、電解銅めっき処理を施すことで、無電解銅めっきが露出している部分のみにパターンを成長させる。電解銅めっき処理後、めっきレジストを剥離し、エッチングでパターン間の無電解銅めっきを除去する。

あるいは、導体層は次の方法によっても得られる。まず、表面に導体（例えば、銅箔など）が形成された絶縁板に、エッチングレジストであるドライフィルムを公知の方法で貼付して露光および現像する。その後、エッチングを行ってドライフィルムを剥離すると、絶縁層３の表面に導体層が形成される。

絶縁層３には、通常、層間を電気的に接続するためのビア導体が充填されるビアホールが形成されている。ビアホールは、例えばＣＯ₂レーザー、ＵＶ−ＹＡＧレーザーなどのようなレーザー加工によって形成される。ビア導体としては、信号用ビア導体１１ｂおよび接地用ビア導体４１ｂが挙げられ、例えば、銅、アルミ、スズ、ニッケルなどの金属で形成される。

一実施形態の配線基板１では、図２（Ａ）に示すように、信号用ビア導体１１ｂの周囲に接地用ビア導体４１ｂが存在している。信号用ビア導体１１ｂと接地用ビア導体４１ｂとの間隔は、ＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足する。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ＳＰ０は、第１の信号用ビアランドと第１の接地用ビアランドとの間隔を表す。ＳＰ１は、第１の信号用ビアランドと接地用導体４との間隔を表す。ＳＰ２は、第２の信号用ビアランドと第２の接地用ビアランドとの間隔を表す。いずれの間隔も最短部の長さを示す。接地用導体４は、比較的細い導体で形成された配線とは異なり、ベタ層として形成された導体を意味する。

「第１の信号用ビアランド」とは、ビルドアップ層の最表層に位置する導体層（第１導体層）および第１導体層から１層コア基板３１側に位置する導体層（第２導体層）に含まれる信号用ビアランド１１を意味する。特に、第１導体層に含まれる信号用ビアランド１１は、信号用パッド１１ａに相当する。「第１の接地用ビアランド」とは、第１導体層および第２導体層に含まれる接地用ビアランド４１を意味する。特に、第１導体層に含まれる接地用ビアランド４１は、設置用パッド４１ａに相当する。

信号用ビアランド１１のうち、最もコア基板３１側に存在する最内層の信号用ビアランド１１には、図２（Ｃ）に示すように、信号用ライン１１ｃが接続されている。図２（Ａ）では、信号用ライン１１ｃは、紙面から突出する方向に形成されているため、図示していない。

「第２の信号用ビアランド」とは、第１の信号用ビアランド以外の信号用ビアランド１１を意味し、第１導体層および第２導体層以外の導体層の少なくとも１層に含まれている。「第２の接地用ビアランド」とは、第１の接地用ビアランド以外の接地用ビアランド４１を意味し、第１導体層および第２導体層以外の導体層の少なくとも１層に含まれている。

ＳＰ０、ＳＰ１およびＳＰ２の大きさは、ＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足していれば限定されない。例えば、ＳＰ０は５０μｍ程度、ＳＰ１は９０μｍ程度、ＳＰ２は１００〜１１５μｍ程度である。

ＳＰ０は、反射特性を特に向上させたい周波数帯域の中央部を特定するのに影響する。この周波数帯域とは「中央部の周波数±５ＧＨｚ」程度である。ＳＰ０を大きくするほど中央部は高周波側にシフトし、ＳＰ０を小さくするほど中央部は低周波側にシフトする。反射とは、入力信号が出力側に到達しないことを意味し、反射特性を向上させるとは、出力側に到達しない入力信号を減少させる、すなわち反射を減少させることを意味する。

ＳＰ１およびＳＰ２は、反射特性をどの程度改善させるかを特定するのに影響する。例えば、ＳＰ０の値を一定にして、ＳＰ１とＳＰ２とのバランスを調整することで、ＳＰ０で特定した範囲の周波数において、特性インピーダンスが基準値を通ることで反射が極端に低くなる帯域が発生する。ＳＰ０の値を変化させると、上記のように周波数帯域の中央部がシフトし、反射特性にも影響を及ぼす場合がある。このような場合に、ＳＰ１およびＳＰ２を調整して所望の反射特性が発揮されるようにすればよい。

信号用ビア導体１１ｂの周囲には、少なくとも１列の接地用ビア導体４１ｂが存在していればよい。特に、特性インピーダンスバランスの点で、信号用ビア導体１１ｂの周囲には、少なくとも２列の接地用ビア導体４１ｂが存在しているのがよい。

上記最内層の信号用ビアランド１１とコア基板３１上面の導体層（接地用導体層４）との距離が、接地用ビアランド４１（第２の接地用ビアランド）の中で、最もコア基板３１側に存在する最内層の接地用ビアランド４１と接地用ビア導体４１ｂを介して最内層の接地用ビアランド４１から２層表層側に対向するように存在する接地用ビアランド４１（第２の接地用ビアランド）との距離と略同一である。このような構成にすることによって、ランド部分とビア部分とでインピーダンスが変化することを抑えることが出来る。

次に、ＳＰ０、ＳＰ１およびＳＰ２がＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足するように、配線基板（試料１〜３）を作製した。いずれの配線基板も図２（Ａ）に示すように、導体層（接地用導体層４）が形成されたコア基板１の表面に、７層の絶縁層３と７層の導体層とが交互に積層されたビルドアップ層を有している。コア基板３１および絶縁層３は例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂で形成され、導体層は銅で形成されている。コア基板３１は、例えば５０μｍ以上３０００μｍ以下の厚みを有し、絶縁層３はいずれも３０μｍ程度の厚みを有している。導体層（信号用ビアランド１１、接続用ビアランド４１および接地用導体層４）は１５μｍ程度の厚みを有している。

図３は、試料１の配線基板について、１〜４０ＧＨｚの周波数帯域における反射特性を示す。１〜４０ＧＨｚは、配線基板において一般的に使用される周波数帯域である。試料１の配線基板については、ＳＰ０が５０μｍ、ＳＰ１が９０μｍおよびＳＰ２が１１０μｍであり、ＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足する。図３に示すグラフについて、ｄＢの値が−２０以下であれば、良好な反射特性が維持されていると評価できる。

図３に示すように、試料１の配線基板では、１〜４０ＧＨｚの周波数帯域において−２０ｄＢ以下であり、良好な反射特性が維持されていると評価できる。さらに、３０ＧＨｚ前後（３０±５ＧＨｚ）の周波数帯域においては−３０ｄＢ以下であり、優れた反射特性が発揮されていることがわかる。

図４は、試料２の配線基板について、１〜４０ＧＨｚの周波数帯域における反射特性を示す。試料２の配線基板については、ＳＰ０を６０μｍに変更した以外は、試料１の配線基板と同じであり、ＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足する。

図４に示すように、試料２の配線基板では、１〜４０ＧＨｚの周波数帯域において−２０ｄＢ以下であり、良好な反射特性が維持されていると評価できる。さらに、３５ＧＨｚ前後（３５±５ＧＨｚ）の周波数帯域においては−３０ｄＢ以下であり、優れた反射特性が発揮されていることがわかる。試料２の配線基板では、試料１の配線基板と比べてＳＰ０を１０μｍ大きくしているため、反射特性が向上している周波数帯域の中央部が３０ＧＨｚから３５ＧＨｚと高周波側にシフトしていることがわかる。

図５は、試料３の配線基板について、１〜４０ＧＨｚの周波数帯域における反射特性を示す。試料３の配線基板については、ＳＰ２を１２０μｍに変更した以外は、試料１の配線基板と同じであり、ＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足する。

図５に示すように、試料３の配線基板では、１〜４０ＧＨｚの周波数帯域において−２０ｄＢ以下であり、良好な反射特性が維持できていると評価できる。さらに、ＳＰ０が５０μｍで試料１の配線基板と同じであり、−３０ｄＢより大きいものの、３０ＧＨｚ前後（３０±５ＧＨｚ）の周波数帯域において、他の周波数帯域よりも良好な反射特性が発揮されていることがわかる。試料３の配線基板では、試料１の配線基板と比べてＳＰ２を１０μｍ大きくしているため、反射特性の改善に影響していることがわかる。

以上のように、ＳＰ０、ＳＰ１およびＳＰ２がＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足する配線基板は、一般的に使用される周波数帯域において、良好な反射特性が維持されることがわかる。さらに、ＳＰ０、ＳＰ１およびＳＰ２を調整することによって、反射特性をどの程度改善させるかを決めることができ、特定の周波数帯域における反射特性をより向上させることができる。

本開示の配線基板は、上述の一実施形態に限定されない。上述の配線基板１では、信号用ビアランド１１および接地用ビアランド４１は、平面視した場合に円形状を有している。しかし、信号用ビアランドおよび接地用ビアランドの形状は円形状に限定されない。信号用ビアランドおよび接地用ビアランドは、例えば、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状などの多角形状を有していてもよく、楕円形状を有していてもよい。

上述の配線基板１は、７層の絶縁層３と７層の導体層とが交互に積層されたビルドアップ層を有している。しかし、ビルドアップ層は、第１の信号用ビアランド、第１の接地用ビアランド、第２の信号用ビアランドおよび第２の接地用ビアランドを形成することができる層数を有していれば、限定されない。

一実施形態の配線基板１において、信号用ライン１１ｃは、最内層の信号用ビアランド１１に接続されている。しかし、信号用ラインは、第２の信号用ビアランドのいずれに接続されていてもよい。さらに、異なる導体層に形成された第２の信号用ビアランドそれぞれに、信号用ラインが接続されていてもよい。

１配線基板
１１信号用ビアランド
１１ａ信号用パッド
１１ｂ信号用ビア導体
１１ｃ信号用ライン
１２配線導体
１３半田
２電子部品
２１電極
３絶縁層
３１コア基板
４接地用導体
４１接地用ビアランド
４１ａ接地用パッド
４１ｂ接地用ビア導体

Claims

コア基板と、コア基板の表面に積層されたビルドアップ層とを備え、
ビルドアップ層は、絶縁層と導体層とが交互に積層された構造を有し、絶縁層に形成された信号用ビア導体および接地用ビア導体によって各導体層が電気的に接続されており、
ビルドアップ層の最表層に位置する第１導体層および第１導体層から１層コア基板側に位置する第２導体層には、第１の信号用ビアランド、第１の接地用ビアランドおよび接地用導体が含まれており、
ビルドアップ層に含まれる他の導体層のうち少なくとも１層には、第２の信号用ビアランド、第２の接地用ビアランド、および信号用ラインが含まれており、
第１の信号用ビアランドと第１の接地用ビアランドとの間隔をＳＰ０、第１の信号用ビアランドと接地用導体との間隔をＳＰ１、第２の信号用ビアランドと第２の接地用ビアランドとの間隔をＳＰ２とした場合、ＳＰ０、ＳＰ１およびＳＰ２が、ＳＰ０＜ＳＰ１＜ＳＰ２の関係を満足する、
ことを特徴とする配線基板。
前記第２の信号用ビアランドの中で、最も前記コア基板側に存在する最内層の信号用ビアランドと前記コア基板上面の導体層との距離が、前記第２の接地用ビアランドの中で、最も前記コア基板側に存在する最内層の接地用ビアランドと接地用ビア導体を介して最内層の接地用ビアランドから２層表層側に対向するように存在する第２の接地用ビアランドとの距離と略同一である請求項１に記載の配線基板。
平面視した場合、前記信号用ビア導体の周囲には、前記接地用ビア導体が少なくとも２列存在している請求項１または２に記載の配線基板。